العلم يكتشف أصل الحياة: فتحات أعماق البحار في التركيز!

العلم يكتشف أصل الحياة: فتحات أعماق البحار في التركيز!

الدكتورة مارتينا برينر، باحثة موهوبة في مركز Microcosm Earth Future Center جامعة ماربورغ وفي معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة الأرضية، حصل مؤخرًا على منحة علوم الحدود البشرية. تُكرّم هذه الجائزة مشاريعهم البحثية المبتكرة حول أصل الحياة. تركز برينر وفريقها على دراسة البيئات المعدنية المسامية ودورها في ظهور أشكال الحياة الأولى.

أحد الاهتمامات الرئيسية هو فهم التفاعلات بين العوامل المساعدة العضوية والببتيدات الأولية الموجودة في البيئات ذات الشكل الجيوكيميائي. تلعب الجزيئات الحيوية المعروفة باسم العوامل المساعدة دورًا أساسيًا في التفاعلات الكيميائية الحيوية وهي موجودة في جميع الكائنات الحية. وعلى وجه الخصوص، يتم إجراء الأبحاث حول كيفية عدم إمكانية نشوء هذه الجزيئات المعقدة ببساطة من بيئات غير حية. يخطط برينر لبناء شبكات مسام معدنية للسماح للجزيئات الحيوية وسلائف الإنزيمات بالتفاعل.

طرق البحث وأهدافه

سيقوم فريق البحث بدراسة التاريخ التطوري الشامل للتحكم في التفاعل لبناء شبكات تفاعل ذاتية الاستدامة في المختبر. يتم إجراء البحث من ثلاث وجهات نظر: التحفيز على الأسطح المعدنية، والكيمياء في البيئات المسامية، وإعادة بناء الإنزيمات القديمة. وبالإضافة إلى مارتينا برينر، يضم الفريق أيضًا كول ماتيس من جامعة ولاية أريزونا وليام إم لونغو من معهد علوم الأرض والحياة. تم اختيار الطلب ضمن أفضل خمس مجموعات من أصل 111 مجموعة مقدمة.

الهدف الرئيسي للمشروع هو توضيح كيف يمكن لنظام إنتاج الإنزيمات الأولية أن ينتج عوامل مساعدة ضرورية لبقاء أشكال الحياة. ويدعم برنامج علوم الحدود الإنسانية، الذي يعزز التعاون الدولي في أبحاث علوم الحياة، هذا المشروع ماليًا ويدعمه العديد من البلدان والاتحاد الأوروبي.

الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار: مفتاح أصل الحياة

بالتوازي مع بحث برينر، اكتشف فريق بحث دولي أن الفتحات الحرارية المائية تحت الماء يمكن أن تكون أماكن محتملة لتكوين الخلايا الأولية. قام العلماء بمحاكاة التفاعلات الكيميائية التي تحدث في هذه الفتحات في أعماق البحار، ووجدوا أن الماء الساخن المتمعدن مع ثاني أكسيد الكربون المذاب والهيدروجين يمكن أن يؤدي إلى تكوين الخلايا الأولية في ظل الظروف المناسبة. كولونيا وجد أيضًا أن المحفزات المعدنية المناسبة ضرورية لهذه العمليات.

في تجربة معملية، تمكن الباحثون من إظهار أن التفاعل عند 100 درجة مئوية خلال الليل يحول ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين إلى حمض الفورميك والأسيتات والبيروفات. يمكن أن تكون هذه المنتجات بمثابة مادة أولية لتكوين جزيئات عضوية أخرى. حتى الآن، كان استخدام الإنزيمات كمحفز ضروريًا، لكن النتائج الجديدة يمكن أن تشير إلى الطريق إلى الماضي، حيث تم تحفيز التفاعلات الكيميائية البسيطة بواسطة المعادن والمعادن، مما أدى في النهاية إلى تكوين أحماض نووية وبروتينات أكثر تعقيدًا.

ويظهر البحث أن الهيدروجين كان بمثابة لبنة بناء مركزية للعمليات البيوكيميائية المبكرة ويؤكد على الدور الهام للأنظمة الحرارية المائية في خلق الحياة. توفر نتائج الدراسات أيضًا أدلة مثيرة للاهتمام حول الانتقال من العمليات الجيوكيميائية إلى العمليات الكيميائية الحيوية، والتي نُشرت في مجلة Nature Ecology & Evolution.

إن الجمع بين هذين النهجين البحثيين يمكن أن يفتح أفقًا جديدًا في فهمنا لأصول الحياة على الأرض. تعتبر الأساليب المبتكرة مثل تلك التي اتبعتها الدكتورة برينر وزملاؤها حاسمة في كشف الآليات المعقدة التي أدت في النهاية إلى ظهور أشكال الحياة الأولى.